курсовые,контрольные,дипломы,рефераты
В основу архитектуры современных персональных
компьютеров положен магистрально-модуль-ный принцип. Модульный принцип
позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и
производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера
опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между модулями.
Обмен информацией между отдельными устройствами
компьютера производится по трем многоразрядным шинам (многопроводным линиям),
соединяющим все модули: шине данных, шине адресов и шине управления.
Разрядность шины данных связана с разрядностью
процессора (имеются 8-, 16-, 32-, 64-разрядные процессоры).
Данные по шине данных могут передаваться от процессора
к какому-либо устройству, либо, наоборот, от устройства к процессору, т. е.
шина данных является двунаправленной. К основным режимам работы процессора с
использованием шины данных можно отнести следующие: запись/чтение данных из
оперативной памяти, запись/чтение данных из внешней памяти, чтение данных с
устройства ввода, пересылка данных на устройство вывода.
Выбор абонента по обмену данными производит процессор,
который формирует код адреса данного устройства, а для оперативной памяти код
адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине, причем сигналы по
ней передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и
устройствам, т. е. шина адреса является однонаправленной.
Разрядность шины адреса определяет объезд адресуемой
процессором памяти. Имеются 16-, 20-, 24- и 32-разрядные шины адреса.
Каждой шине соответствует свое адресное пространство,
т. е. максимальный объем адресуемой памяти:
В персональных компьютерах величина адресного
пространства процессора и величина фактически установленной оперативной памяти
практически всегда различаются.
В первых отечественных персональных компьютерах
величина адресного пространства была иногда меньше, чем величина реально
установленной в компьютере оперативной памяти. Обеспечение доступа к такой
памяти происходило на основе поочередного (так называемого постраничного)
подключения дополнительных блоков памяти к адресному пространству.
В современных персональных компьютерах с 32-разрядной
шиной адреса величина адресуемой памяти составляет 4 Гб, а величина фактически
установленной оперативной памяти значительно меньше и составляет обычно 16 или
32 Мб.
По шине управления передаются сигналы, определяющие
характер обмена информацией (ввод/вывод), и сигналы, синхронизирующие
взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией.
Аппаратно на системных платах реализуются шины
различных типов. В компьютерах РС/286 использовалась шина ISA (Industry
Standard Architecture), имевшая 16-разрядную шину данных и 24-разрядную шину
адреса. В компьютерах РС/386 и РС/486 используется шина EISA (Extended Industry
Standard Architecture), имеющая 32-разрядные шины данных и адреса. В
компьютерах PC/ Pentium используется шина PCI (Peripheral Component
Interconnect), имеющая 64-разрядную шину данных и 32-разрядную шину адреса.
Подключение отдельных модулей компьютера к магистрали
на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, адаптеров устройств
(видеоадаптер, контроллер жестких дисков и т. д.), а на программном уровне
обеспечивается загрузкой в оперативную память драйверов устройств, которые
обычно входят в состав операционной системы.
Контроллер жестких дисков обычно находится на
системной плате. Существуют различные типы контроллеров жестких дисков, которые
различаются по количеству подключаемых дисков, скорости обмена информацией,
максимальной емкости диска и др.
IDE — Integrated Device Electronics EIDE — Enhanced
Integrated Device Electronics SCSI — Small Computers System Interface В
стандартный набор контроллеров, разъемы которых имеются на* системном блоке
компьютера, обычно входят:
— видеоадаптер (с помощью него обычно подключается
дисплей);
— последовательный порт СОМ1 (с помощью него обычно
подключается мышь);
— последовательный порт COM2 (с помощью него обычно
подключается модем);
— параллельный порт (с помощью него обычно подключается
принтер);
— контроллер клавиатуры.
Через последовательный порт единовременно может
передаваться 1 бит данных в одном направлении, причем данные от процессора к
периферийному устройству и в обратную сторону, от периферийного устройства к
процессору, передаются по разным проводам. Максимальная дальность передачи
составляет обычно несколько десятков метров, а скорость до 115 200 бод.
Устройства подключаются к этому порту через стандартный разъем RS-232.
Через параллельный порт может передаваться в одном
направлении одновременно 8 бит данных. К этому порту устройства подключаются
через разъем Centronics. Максимальное удаление принимающего устройства обычно
не должно превышать
Подключение других периферийных устройств требует
установки в компьютер дополнительных адаптеров (плат).
Процессор компьютера предназначен для обработки
информации. Каждый процессор имеет определенный набор базовых операций
(команд), например, одной из таких операций является операция сложения двоичных
чисел.
Технически процессор реализуется на большой
интегральной схеме, структура которой постоянно усложняется, и количество
функциональных элементов (типа диод или транзистор) на ней постоянно возрастает
(от 30 тысяч в процессоре 8086 до 5 миллионов в процессоре Pentium II).
Важнейшей характеристикой процессора, определяющей его
быстродействие, является его тактовая частота. От нее, в частности, зависит
количество базовых операций, которые производит процессор в секунду. За 20 лет
тактовая частота процессора увеличилась почти на два порядка от 4 МГц
(процессор 8086,
Другой характеристикой процессора, влияющей на его
производительность, является разрядность. В общем случае производительность
процессора тем выше, чем больше его разрядность. В настоящее время используются
8-, 16-, 32- и 64-разрядные процессоры, причем практически все современные
программы рассчитаны на 32- и 64-разрядные процессоры.
Часто уточняют разрядность процессора и пишут,
например, 16/20, что означает, что процессор имеет 16-разрядную шину данных и
20-разрядную шину адреса. Разрядность адресной шины определяет адресное
пространство процессора, т. е. максимальный объем оперативной памяти, который
может быть установлен в компьютере.
В первом отечественном персональном компьютере «Агат»
(
Производительность процессора является интегральной
характеристикой, которая зависит от частоты процессора, его разрядности, а
также особенностей архитектуры (наличие кэш-памяти и др.). Производительность
процессора нельзя вычислить, она определяется в процессе тестирования, т. е.
определения скорости выполнения процессором определенных операций в какой-либо
программной среде.
Увеличение производительности процессоров может
достигаться различными путями. В частности, за счет введения дополнительных
базовых операций. Так, в процессорах Pentium MMX достигается большая
производительность при работе с мультимедиа-приложениями (программами для
обработки графики, видео и звука).
Орнганизация и основные характеристики памяти компьютера.
Большое количество программ и данных, необходимых
пользователю, долговременно хранятся во внешней памяти компьютера (на гибких и
жестких магнитных дисках, CD-ROM и др.). В оперативную память компьютера
загружаются те программы и данные, которые необходимы в данный момент.
По мере усложнения программ и увеличения их функций, а
также появления мультимедиа-приложений растет информационный объем программ и
данных. Если в середине 80-х годов обычный объем программ и данных составлял
десятки и лишь иногда сотни килобайт, то в середине 90-х годов он стал
составлять мегабайты и десятки мегабайт. Соответственно растет объем
оперативной памяти. В школьном компьютере БК-0010 (
Логически оперативная память разделена на ячейки
объемом 1. байт. Соответственно оперативная память 64 Кб содержит 65 536 ячеек,
а память 16 Мб содержит 16 777 216 ячеек.
Каждая ячейка имеет свой уникальный двоичный адрес.
При необходимости проведения операции считывания/записи данных из данной ячейки
адрес ячейки передается от процессора к оперативной памяти по адресной шине.
Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой
памяти процессора и, соответственно, максимальный объем оперативной памяти,
которую можно непосредственно использовать. Разрядность шины адреса у
большинства современных персональных компьютеров составляет 32 разряда, т. е.
максимальный объем оперативной памяти может составлять 2в32 = 4 Гб.
Величина аппаратно установленной оперативной памяти в
современных рабочих станциях обычно составляет 16 или 32 Мб, а в серверах 64
или 128 Мб. Таким образом, имеется возможность наращивания объема оперативной
памяти компьютеров без увеличения разрядности шины адреса процессора.
Физически оперативная память изготавливается в виде
БИС (больших интегральных схем) различных типов (SIMM, DIMM), имеющих различную
информационную емкость (1,4, 8, 16, 32 Мб). Различные системные платы имеют
различные наборы разъемов для модулей оперативной памяти.
Модули оперативной памяти характеризуются временем
доступа к информации (считывания/записи данных). В современных модулях типа
SIMM время доступа обычно составляет 60 не, в модулях типа DIMM — 10 не.
Различные операционные системы используют различные
способы организации оперативной памяти. В школьных компьютерах с 16-разрядной
шиной адреса и, соответственно, максимально с 64 Кб адресуемой памяти («Агат»,
«YAMAHA») реализовывался принцип поочередного (так называемого постраничного)
подключения дополнительных блоков физической памяти к адресному пространству
процессора. Таким образом, удавалось увеличить объем оперативной памяти таких
компьютеров до 128 Кб и более.
Операционная система MS-DOS создает сложную логическую
структуру оперативной памяти:
• основная (conventional) память занимает адресное
пространство от 0 до 640 Кб, в нее загружаются операционная система, программы
и данные;
• верхняя память (UMB — Upper Memory Blocks) занимает
адресное пространство от 640 Кб до 1 Мб, в нее могут быть загружены драйверы
устройств;
• высокая (high) память начинается после 1 Мб и имеет
объем 64 Кб, в нее может быть частично загружена операционная система;
память, которая располагается в адресном пространстве
«выше» высокой памяти, может использоваться в качестве расширенной памяти или
дополнительной памяти; однако память остается недоступной для программ и
данных. Таким образом, под управлением операционной системы MS-DOS аппаратно
установленная оперативная память используется очень нерационально. Этот
недостаток преодолен в операционной системе Windows, в которой используется
простая неструктурированная модель памяти и вся память доступна для загрузки
программ и данных.
|
Операционная система является базовой и необходимой
составляющей программного обеспечения компьютера (software). Операционная
система обеспечивает управление всеми аппаратными компонентами компьютера
(hardware). Другими словами, операционная система обеспечивает функционирование
и взаимосвязь всех компонентов компьютера, а также предоставляет пользователю
доступ к его аппаратным возможностям. К системному блоку компьютера
подключаются через специальные согласующие платы (контроллеры) периферийные
устройства (дисковод, принтер и т. д.). Каждое периферийное устройство
обрабатывает информацию по-разному и с различной скоростью, поэтому необходимо
программно согласовать их работу с работой процессора. Для этого в составе
операционной системы имеются специальные программы — драйверы устройств.
Каждому устройству соответствует свой драйвер.
Процесс работы компьютера в определенном смысле
сводится к обмену файлами между периферийными устройствами, т. е. необходимо
уметь управлять файловой системой. Ядром операционной системы является
программа, которая обеспечивает управление файловой системой.
Пользователь общается с компьютером через устройства
ввода информации (клавиатура, мышь). После ввода команды операционной системы
специальная программа, которая называется командный процессор, расшифровывает
команды и исполняет их.
Процесс общения пользователя с компьютером должен быть
удобным. В состав современных операционных систем (Windows) обязательно входят
модули, создающие графический интерфейс.
Таким образом, в структуру операционной системы входят
следующие модули:
• базовый модуль, управляющий файловой системой;
• командный процессор, расшифровывающий и выполняющий
команды;
• драйверы периферийных устройств;
• модули, обеспечивающие графический интерфейс.
Файлы операционной системы находятся на диске (жестком
или гибком). Однако программы могут выполняться, только если они находятся в
оперативной памяти, поэтому файлы операционной системы необходимо загрузить в
оперативную память. Все файлы операционной системы не могут одновременно
находиться в оперативной памяти, так как объем современных операционных систем
составляет десятки мегабайт. Для функционирования компьютера обязательно должны
находиться в оперативной памяти базовый модуль, командный процессор и драйверы
подключенных устройств. Модули операционной системы, обеспечивающие графический
интерфейс, могут быть загружены по желанию пользователя. В операционной системе
Windows 95 выбор варианта загрузки представлен в виде меню.
После включения компьютера производится загрузка
операционной системы в оперативную память, т. е. выполняется программа
загрузки. Однако для того чтобы компьютер выполнял какую-нибудь программу, эта
программа должна уже находиться в оперативной памяти. Выход из этого
противоречия состоит в последовательной, поэтапной загрузке.
В соответствии с английским названием этого процесса —
bootstrap, — система как бы «поднимет себя за шнурки ботинок». В системном
блоке компьютера находится ПЗУ (BIOS), в котором содержатся программы
тестирования компьютера и первого этапа загрузки операционной системы. После включения
компьютера эти программы начинают выполйяться, причем информация о ходе этого
процесса высвечивается на экране дисплея.
На этом этапе процессор обращается к диску и ищет на
определенном месте (в начале диска) наличие очень небольшой программы-загрузчика
BOOT. Программа-загрузчик считывается в память, и ей передается управление. В
свою очередь она ищет на диске базовый модуль операционной системы, загружает
его в память и передает ему управление.
В состав базового модуля операционной системы входит
основной загрузчик, который ищет остальные модули операционной системы и
загружает их в оперативную память.
В случае, если в дисковод вставлен несистемный диск
или диск вообще отсутствует, на экране дисплея появляется соответствующее
сообщение.
Вышеописанная процедура запускается автоматически при
включении питания компьютера (так называемый «холодный» старт), однако часто
используется процедура «перезагрузки» операционной системы («горячий» старт),
которая происходит по нажатию на кнопку RESET или одновременного нажатия на
клавиши + +
Работа на персональном компьютере в среде операционной
системы фактически сводится к работе с файлами. В операционной системе Windows
95 понятие файл часто заменяется понятием документ. Файлы создаются,
записываются на диск, хранятся и считываются с него, распечатываются на
принтере, пересылаются по информационным сетям и т. д.
Строгое определение понятию файла дать достаточно сложно.
В первом приближении можно сказать, что файл — это определенное количество
информации, хранящееся на диске и имеющее имя. Рассмотрим это определение более
подробно.
Информация на диске записана на концентрических
дорожках, которые разбиты на секторы. Сектор является минимальным адресуемым
элементом информации на диске. На гибком диске объем одного сектора составляет
512 байт, на жестких дисках его величина больше.
Файл хранится на диске. Следовательно, минимальный
объем файла равен одному сектору. Максимальный объем файла равен, естественно,
информационному объему диска. Объем реальных файлов обычно не превышает
нескольких мегабайт.
Файл имеет имя. Например, полное имя файла proba.txt
состоит из имени файла (proba) и типа файла, его расширения (txt). В
операционной системе MS-DOS имя файла может содержать до 8 букв латинского
алфавита, цифр и некоторых специальных символов. Операционная система Windows
95 поддерживает также длинные имена файлов (документов), которые могут содержать
до 255 символов, причем разрешается использовать буквы русского алфавита. Имя
файлу дается его создателем (пользователем, программистом).
Тип файла необходим операционной системе компьютера
для того, чтобы определить, с помощью какой прикладной программы этот файл был
создан и, соответственно, какую программу необходимо вызвать для его обработки.
Тип файла задается прикладной программой, в которой он создается, с помощью
трех символов, отделенных от имени точкой. Так, в Windows файлы, созданные
текстовым редактором Word, имеют расширение DOC, Web-страницы Internet имеют
расширение НТМ и т. д.
Современные жесткие диски имеют информационную емкость
в 1 Гб и более, на них могут храниться тысячи и десятки тысяч файлов. Каждый
диск имеет логическое имя (А, В — гибкие диски, С, D и т. д. — жесткие диски,
оптические диски и т. п.). Для удобства поиска файлы хранятся в иерархической
структуре каталогов, которая имеет «древовидную» структуру. Из корневого
каталога можно перейти в каталоги 1-го уровня, в свою очередь, из них в
каталоги 2-го уровня и т. д. В каталогах всех уровней могут храниться файлы.
Пусть на жестком диске С в корневом каталоге имеются
два каталога 1-го уровня (GAMES, TEXT) и один каталог 2-го уровня (CHESS). Как
найти имеющиеся файлы (chess.exe, proba.txt)? Для этого необходимо указать путь
к файлу. В путь файла входит имя диска и последовательность имен каталогов, т.
е. пути к вышеперечисленным файлам соответственно будут:
C:GAMESCHESSchess.exe
C:TEXTproba.txt
В операционной системе MS-DOS операции с файлами
(копирование, удаление, переименование, печать и т. д.) можно производить
непосредственно из командной строки с помощью команд (copy, delete, rename,
print). Однако это неудобно для пользователя, так как требует запоминания
форматов команд операционной системы. Для работы с файлами обычно используется
программная оболочка Norton Commander, которая представляет пользователю
удобные возможности поиска файлов и операций над ними с помощью функциональных
клавиш и мыши.
В операционной системе Windows операции с файлами
можно производить с помощью мыши с использованием технологии «возьми и
перенеси».
В современном мире роль информатики, средств обработки,
передачи, накопления информации неизмеримо возросла. Средства информатики и
вычислительной техники сейчас во многом определяют научно-технический потенциал
страны, уровень развития ее народного хозяйства, образ жизни и деятельности
человека.
Для целенаправленного использования информации ее
необходимо собирать, преобразовывать, передавать, накапливать и
систематизировать. Все эти процессы, связанные с определенными операциями над
информацией, будем называть информационными процессами. Получение и
преобразование информации является необходимым условием жизнедеятельности
любого организма. Даже простейшие одноклеточные организмы постоянно
воспринимают и используют информацию, например о температуре и химическом
составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования. Живые
существа способны не только воспринимать информацию из окружающей среды с
помощью органов чувств, но и обмениваться ею между собой.
Человек также воспринимает информацию с помощью
органов чувств, а для обмена информацией между людьми используются языки. За
время развития человеческого общества таких языков возникло очень много. Прежде
всего, это родные языки (русский, татарский, английский и др.)» на которых
говорят многочисленные народы мира. Роль языка для человечества исключительно
велика. Без него, без обмена информацией между людьми было бы невозможным
возникновение и развитие общества.
Информационные процессы характерны не только для живой
природы, человека, общества. Человечеством созданы технические устройства —
автоматы, работа которых также связана с процессами получения, передачи и
хранения информации. Например, автоматическое устройство, называемое
термостатом, воспринимает информацию о температуре помещения и в зависимости от
заданного человеком температурного режима включает или отключает отопительные
приборы.
Деятельность человека, связанную с процессами
получения, преобразования, накопления и передачи информации, называют
информационной деятельностью.
Тысячелетиями предметами труда людей были материальные
объекты. Все орудия труда от каменного топора до первой паровой машины,
электромотора или токарного станка были связаны с обработкой вещества,
использованием и преобразованием энергии. Вместе с тем человечеству пришлось
решать задачи управления, задачи накопления, обработки и передачи информации,
опыта, знания, возникают группы людей, чья профессия связана исключительно с
информационной деятельностью. В древности это были, например, военачальники,
жрецы, летописцы, затем — ученые и т. д.
Однако число людей, которые могли воспользоваться
информацией из письменных источников, было ничтожно мало. Во-первых,
грамотность была привилегией крайне ограниченного круга лиц и, во-вторых,
древние рукописи создавались в единичных (иногда единственных) экземплярах.
Новой эрой в развитии обмена информацией стало
изобретение книгопечатания. Благодаря печатному станку, созданному И.
Гутенбергом в 1440 году, знания, информация стали широко тиражируемыми,
доступными многим людям. Это послужило мощным стимулом для увеличения
грамотности населения, развития образования, науки, производства.
По мере развития общества постоянно расширялся круг
людей, чья профессиональная деятельность была связана с обработкой и
накоплением информации. Постоянно рос и объем человеческих знаний, опыта, а
вместе с ним количество книг, рукописей и других письменных документов.
Появилась необходимость создания специальных хранилищ этих документов —
библиотек, архивов. Информацию, содержащуюся в книгах и других документах,
необходимо было не просто хранить, а упорядочивать, систематизировать. Так
возникли библиотечные классификаторы, предметные и алфавитные каталоги и другие
средства систематизации книг и документов, появились профессии библиотекаря,
архивариуса.
В результате научно-технического прогресса
человечество создавало все новые средства и способы сбора, хранения, передачи
информации. Но важнейшее в информационных процессах — обработка,
целенаправленное преобразование информации осуществлялось до недавнего времени
исключительно человеком.
Вместе с тем постоянное совершенствование техники,
производства привело к резкому возрастанию объема информации, с которой
приходится оперировать человеку в процессе его профессиональной деятельности.
Развитие науки, образования обусловило быстрый рост
объема информации, знаний человека. Если в начале прошлого века общая сумма
человеческих знаний удваивалась приблизительно каждые пятьдесят лет, то в
последующие годы — каждые пять лет.
Выходом из создавшейся ситуации стало создание
компьютеров, которые во много раз ускорили и автоматизировали процесс обработки
информации.
Первая электронная вычислительная машина «ЭНИАК» была
разработана в США в 1946 году. В нашей стране первая ЭВМ была создана в 1951
году под руководством академика В. А. Лебедева.
В настоящее время компьютеры используются для
обработки не только числовой, но и других видов информации. Благодаря этому
информатика и вычислительная техника прочно вошли в жизнь современного
человека, широко применяются в производстве, проектно-конструкторских работах,
бизнесе и многих других отраслях.
Компьютеры в производстве используются на всех этапах:
от конструирования отдельных деталей изделия, его дизайна до сборки и продажи.
Система автоматизированного производства (САПР) позволяет создавать чертежи,
сразу получая общий вид объекта, управлять станками по изготовлению деталей.
Гибкая производственная система (ГПС) позволяет быстро реагировать на изменение
рыночной ситуации, оперативно расширять или сворачивать производство изделия
или заменять его другим. Легкость перевода конвейера на выпуск новой продукции
дает возможность производить множество различных моделей изделия. Компьютеры
позволяют быстро обрабатывать информацию от различных датчиков, в том числе от
автоматизированной охраны, от датчиков температуры для регулирования расходов
энергии на отопление, от банкоматов, регистрирующих расход денег клиентами, от
сложной системы томографа, позволяющей « увидеть» внутреннее строение органов
человека и правильно поставить диагноз.
Компьютер находится на рабочем столе специалиста любой
профессии. Он позволяет связаться по специальной компьютерной почте с любой
точкой земного шара, подсоединиться к фондам крупных библиотек не выходя из
дома, использовать мощные информационные системы — энциклопедии, изучать новые
науки и приобретать различные навыки с помощью обучающих программ и тренажеров.
Модельеру он помогает разрабатывать выкройки, издателю компоновать текст и
иллюстрации, художнику — создавать новые картины, а композитору — музыку.
Дорогостоящий эксперимент может быть полностью просчитан и имитирован на
компьютере.
Разработка способов и методов представления
информации, технологии решения задач с использованием компьютеров, стала важным
аспектом деятельности людей многих профессий.
Copyright (c) 2024 Stud-Baza.ru Рефераты, контрольные, курсовые, дипломные работы.